DE69415259T2 - Hochspannungsschalter zur Unterbrechung von Fehlerströmen mit verzögerten Nulldurchgängen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungsunterbrecher, der in der Lage ist, Fehlströme mit verzögertem Nulldurchgang zu unterbrechen.
• Sie betrifft genauer gesagt einen Hochspannungsunterbrecher, der in der Lage ist, Fehl- Wechselströme mit Pseudo-Periode T und verzögertem Nulldurchgang zu unterbrechen, die nach einem maximalen Zeitabstand tzmax - t0 nach dem Zeitpunkt t0 der Auftretens eines Fehlstromes durch 0 gehen, wobei der Zeitabstand tzmax - t0 durch Simulationen oder Versuche bestimmt ist, umfassend eine Mehrzahl von Trennkammern in Reihe, die versehen sind mit Mitteln zum sich Öffnen zu einem Zeitpunkt t1 nach dem Zeitpunkt des Fehlers t0 und mit Mitteln zum Ausblasen des Lichtbogens, die entworfen sind, um zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt tc vor dem Zeitpunkt tzmax-T zu arbeiten.
• Die Unterbrechung von Strömen mit großer Gleichstromkomponente oder mit verzögertem Nulldurchgang, auf die man z. B. in Hochspannungs-Wechselstromnetzen mit serieller Kompensation beim Auftreten bestimmter Typen von Fehlern trifft, wirft erhebliche Probleme auf. Das Vorhandensein der Gleichstromkomponente kann dazu führen, dass der Strom während mehrerer Pseudo-Perioden nicht durch Null geht. Es ist dann unmöglich, den Strom mit Hilfe von herkömmlichen Schwefelhexafluorid-Unterbrechern zu unterbrechen.
• Es ist bekannt, zur Behebung dieser Probleme die Lichtbogenspannung durch geeignete Mittel zu erhöhen. Eine hohe Lichtbogenspannung erlaubt es nämlich, die Energie der Gleichstromkomponente des Stroms zu absorbieren und sie gegen Null tendieren zu lassen.
• Zu diesem Zweck wurde in dem französischen Patentdokument Nr. 2 681 724 vorgeschlagen, eine Trennkammer zu verwenden, die mit Mitteln zum Erzeugen von mehreren Lichtbögen in Reihe versehen ist.
• In dem französischen Patentdokument Nr. 2 678 770 ist ferner vorgeschlagen worden, eine Trennkammer mit Permanentsicherungen in Reihe mit einer herkömmlichen Hochspannungstrennkammer zu verwenden. Das Schmelzen der Sicherungen bei einer Auslöseoperation auf einen Fehler hin erzeugt eine sehr hohe Lichtbogenspannung, die die Gleichstromkomponente des Fehlerstroms schnell abnehmen lässt.
• Es ist ferner bekannt, die durch die Gleichstromkomponente gegebene Energie des Netzes zu absorbieren, indem zeitweilig ein Widerstand in die Schaltung eingefügt wird. Ein geeigneter Widerstand erlaubt es nämlich, diese Gleichstromkomponente in einer relativ kurzen Zeit gegen Null tendieren zu lassen. Eine solche Anordnung ist in dem französischen Patentdokument Nr. 2 683 937 beschrieben.
• Es ist ferner bekannt, dass das Vorhandensein eines Unterbrechers eines Kondensators von hoher Kapazität in Reihe mit einer Induktivität bei einer Trennkammer eines Unterbrechers beim Öffnen des Unterbrechers zu Oszillationen des Stroms führt, die die Lichtbogenspannung erhöhen und eine Instabilität des Lichtbogens hervorrufen, die die Abnahme der Gleichstromkomponente des Stroms und ihren Durchgang durch Null begünstigt. Dies ist der Fall, der in dem französischen Patentdokument Nr. 2 684 486 betrachtet wird, welches als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird.
• Diese Lösungen erfordern die Verwendung von neuartigen Geräten. Ziel der vorliegenden Erfindung ist, das Problem des Unterbrechens von Fehlströmen mit verzögertem Nulldurchgang allein mit herkömmlichen Trennkammern zu lösen, wobei der erfindungsgemäße Unterbrecher nur eine besonders einfache Veränderung der Steuereinrichtung erfordert.
• Erfindungsgemäß umfasst der Unterbrecher Mittel zum Verringern des Blasdurchsatzes, die eingerichtet sind, damit das Blasen bis zu einem Zeitpunkt t2 zwischen tzmax - T und tzmax + T fortgesetzt wird.
• Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sie keine intelligente Vorrichtung zur Erfassung des Fehlstroms benötigt und dass sie vollständig automatisch ist.
• Vorzugsweise ist der Zeitpunkt t2 im wesentlichen gleich tzmax.
• Praktischen Erwägungen zufolge ist die Zeit t2 - t0 im wesentlichen gleich sieben Pseudo-Perioden.
• In dem Fall, wo die Mittel zum Ausblasen durch einen Kolben gebildet sind, der durch Relativbewegung mit einer beweglichen Einrichtung zusammenwirkt, die einen beweglichen Bogenkontakt trägt und einer normalen Öffnungsbewegung mit einer durch die normalen Funktionsbedingungen definierten normalen Öffnungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, sind die Mittel zum Verringern des Blasdurchsatzes Mittel zum Verlangsamen der beweglichen Einrichtung ab einer Schwelle d ihrer normalen Bewegung.
• Vorzugsweise liegt die Schwelle d zwischen 2D/3 und D, wobei D der gesamte normale Weg der beweglichen Einrichtung ist.
• Vorteilhafterweise wird die Verlangsamung auf konstante Geschwindigkeit ausgeführt.
• Im Fall eines Unterbrechers mit einem Hydraulikzylinder, der die bewegliche Einrichtung antreibt und einen Kolben verbunden mit einem Dämpfungskegel umfasst, der mit einem Ring zusammenwirkt, bestehen die Mittel zum Verlangsamen vorteilhafterweise aus einem zwischen dem Kolben und dem Kegel angeordneten zylindrischen Bereich, wobei der Ring geregelt ist, um ein gewisses radiales Spiel zwischen ihm und dem zylindrischen Bereich zu erzeugen.
• Die Erfindung wird nachfolgend genauer mit Hilfe von Figuren beschrieben, die lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
• Fig. 1 ist ein Graph, der die Veränderungen eines Wechselstroms mit verzögertem Nulldurchgang zeigt,
• Fig. 2 ist eine Teilansicht eines herkömmlichen Unterbrechers im Längsschnitt.
• Fig. 3 ist ein Graph, der die Bewegung des beweglichen Bogenkontaktes eines erfindungsgemäßen Unterbrechers gemäß einer ersten Variante in Funktion der Zeit darstellt.
• Fig. 4 ist ein Graph, der die Bewegung des beweglichen Bogenkontaktes eines erfindungsgemäßen Unterbrechers gemäß einer zweiten Variante in Funktion der Zeit darstellt.
• Fig. 5 ist eine Ansicht im Längsschnitt des Endes eines Hydraulikzylinders, der Mittel zum Verlangsamen gemäß der Erfindung umfasst.
• Das Oszillogramm der Fig. 1 zeigt den Fehlstrom mit dem verzögerten Nulldurchgang. An der Abszisse ist die Zeit und an der Ordinate die Stärke des Stroms aufgetragen.
• Der Fehlstrom tritt zum Zeitpunkt t0 auf und trägt dazu bei, den nachfolgenden Nulldurchgang bis zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verzögern. Solche Verhaltensweisen werden durch Versuche und/oder Simulationen bestimmt, und es ist deshalb möglich, für eine gegebenes Netz und die vorhergesehenen Fehlströme das maximale Zeitintervall vor dem Nulldurchgang und damit den Zeitpunkt tzmax dieses Nulldurchganges zu bestimmen.
• Beim Auftreten des Fehlstroms zum Zeitpunkt t0 wird der Befehl zum Öffnen des Unterbrechers abgegeben, und letzterer öffnet sich zum Zeitpunkt t1.
• Eine Trennkammer eines erfindungsgemäßen Unterbrechers, der in der Lage ist, solche Fehlströme zu unterbrechen, ist in Fig. 2 dargestellt. Es handelt sich um eine herkömmliche Kammer, die in einer isolierenden Hülle 10 die Trennelemente enthält, die ein erstes Metallrohr 2, das den festen Hauptkontakt bildet, und ein zweites Rohr 3 umfassen, das zum ersten koaxial ist und den festen Bogenkontakt bildet. Diese zwei Kontakte sind mit einem ersten Stromanschluss verbunden. Die Hülle ist mit einem Gas mit guten dielektrischen Eigenschaften wie etwa Schwefelhexafluorid unter einem Druck von einigen bar gefüllt.
• Die bewegliche Einrichtung umfasst ein Metallrohr 4, das durch eine Entladungsschutzkappe 5 verlängert ist und mit einer transversalen metallischen Trennwand 8 versehen ist, die Kontaktfinger 6 trägt, die den beweglichen Hauptkontakt bilden, und ein Blasrohr 7, das durch Kontaktfinger 8 verlängert ist, die den beweglichen Bogenkontakt bilden. In die Trennwand 8 sind Löcher für den Durchgang des Blasgases gebrochen, und sie trägt eine Blasdüse 9 aus isolierendem Material. Das Blasen wird gewährleistet durch einen ortsfesten Kolben 11, der innerhalb des Rohres 4 angeordnet ist. Dieses Rohr 4 ist mit einem zweiten Stromanschluss verbunden.
• Der Unterbrecher umfasst pro Phase eine Mehrzahl von solchen Trennkammern.
• Die Bewegung der beweglichen Einrichtung ist definiert in den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Graphen.
• Die in Reihe geschalteten Trennkammern sind versehen mit Mitteln zum sich Öffnen zu einem Zeitpunkt t1 nach dem Zeitpunkt t0 des Fehlers und mit Mitteln zum Ausblasen des Lichtbogens, die zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem späteren Zeitpunkt arbeiten.
• In herkömmlicher Weise ist die bewegliche Einrichtung einer normalen Öffnungsbewegung bei einer normalen Öffnungsgeschwindigkeit ausgesetzt, die durch die normalen Betriebsbedingungen definiert ist, und diese Bewegung wird zum in den Figuren gezeigten Zeitpunkt tc unterbrochen. Erfindungsgemäß ist die Bewegung der beweglichen Einrichtung ab einer Schwelle d ihrer normalen Bewegung verändert, so dass sie zu dem Zeitpunkt t2 endet, der zwischen tzmax - T und tzmax + T liegt, wobei vorteilhafterweise t2 im wesentlichen gleich tzmax ist.
• Gemäß der im Graphen 3 dargestellten ersten Variante liegt die Schwelle d vorzugsweise zwischen 2D/3 und D. An dieser Schwelle d wird die bewegliche Einrichtung auf eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit verlangsamt, so dass sie den Gesamtweg D zum Zeitpunkt t2 erreicht.
• Gemäß der in Fig. 4 dargestellten zweiten Variante ist die Schwelle d gleich dem Gesamtöffnungsweg D. Der Gesamtweg D' ist dann erhöht und größer als D. Dazwischenliegende Varianten sind ebenfalls denkbar, bei denen die Verlangsamungsgeschwindigkeit und/oder der Gesamtweg der beweglichen Einrichtung verändert ist.
• Unter solchen Bedingungen entsteht beim Öffnen der Kontakte zum Zeitpunkt t1 ein Lichtbogen zwischen den Bogenkontakten 3, 8 und im Fall eines normalen Fehlers wird dieser in herkömmlicher Weise durch das Blasgas ausgeblasen. Wenn der Fehler einen verzögerten Nulldurchgang hat und das Blasen bis zum Zeitpunkt t2 weitergeht, was dem ungünstigsten Fall entspricht, kann der Lichtbogen ebenfalls ausgeblasen werden.
• Untersuchungen von Experimenten und Simulationen haben gezeigt, dass in der Praxis die Zeit t2 vorzugsweise gleich 110 ms ist.
• Gemäß allen möglichen Varianten kann die Abwandlung der Bewegung der beweglichen Einrichtung auf unterschiedliche Weisen realisiert werden.
• Die bevorzugte Ausgestaltung der Mittel zum Verlangsamen der beweglichen Einrichtung, bei der diese mit Hilfe eines Hydraulikzylinders bewegt wird, ist in Fig. 5 dargestellt.
• Diese Figur zeigt den Hydraulikzylinder in Auslöseposition, d. h. in Position des Öffnens der Kontakte. Der Kolben 20 des Zylinders ist am Ende des Weges. Um in diese Position zu gelangen, ist der Öffnungsbefehl durch eine Steuerspule übertragen worden, was zur Abführung eines Druckfluids durch das Sperrventil 21 geführt hat. Das vom Druck des Schiebers 23 befreite Schieberventil 22 hat sich somit (in der Figur) nach rechts unter der Wirkung seiner Rückstellfeder 24 verschoben. Damit hat es den Durchgang des Drucköls durch den über die Zuleitung 32 versorgten Kanal 25 verschlossen, und das Drucköl, das den Kolben 20 in hoher Position entsprechend der geschlossenen Position der Kontakte hielt, ist durch den vom Schieber 23 freigegebenen Kanal 26 abgeflossen.
• In herkömmlicher Weise ist der Kolben 20 mit einem Dämpfungskegel 27 ausgestattet, der beim Öffnen mit einem Ring 28 zusammenwirkt, der in seiner Ausnehmung mit einem longitudinalen Spiel montiert ist und auch ein radiales Spiel besitzt. Diese Anordnung hat die Funktion, am Ende der Öffnungsbewegung den Kolben 20 entlang dem Kurvenstück A der Fig. 3 oder 4 zu verlangsamen. Das Spiel des Ringes 28 ermöglicht einerseits seine Selbstjustage um den Kegel 27 herum und andererseits den Durchgang des Öls zwischen ihm und dem Kegel 27.
• Die erfindungsgemäßen Mittel zum Verlangsamen bestehen aus einem zylindrischen Bereich 29, der zwischen dem Kolben 20 und dem Kegel 27 angeordnet und vorzugsweise mit letzterem fest verbunden ist. Dieser zylindrische Bereich 29 hat die Länge 1. Der Ring 28 ist geregelt, um ein bestimmtes radiales Spiel j zwischen ihm und dem zylindrischen Bereich 29 zu erhalten.
• So wird beim Öffnen die Bewegung der Kontakte zunächst in herkömmlicher Weise durch den Kegel 27 entlang dem Kurvenstück A verlangsamt und dann in Abhängigkeit vom gewählten Spiel j auf eine konstante Geschwindigkeit unter Berücksichtigung des gewählten Spiels j und während einer Zeit t2 bis tc unter Berücksichtigung der gewählten Länge 1 entlang des in Fig. 3 oder 4 gezeigten Geradenstückes B verlangsamt.
• Die Anwendung der Erfindung erfordert somit eine minimale Anpassung eines existierenden Unterbrechers.
• Diese Anpassung ist besonders geringfügig für die Anwendung der Erfindung gemäß der Kurve der Fig. 3. Es genügt dann, den mit dem zylindrischen Bereich 29 versehenen Dämpfungskegel 27 am existierenden Kolben 20 einzubauen, wobei der Rahmen 30 dann verlängert werden muss.
• Im Fall der Anwendung der Kurve aus Fig. 4 muss der Weg des Kolbens 20 ebenfalls verlängert werden, und infolgedessen auch seine Stange und die Kammer 31.
• Mehrere Trennkammern können je nach Eigenschaften des Netzes verwendet werden. In der Praxis können wenigstens vier Kammern vorgesehen werden. Beispielsweise wird man an einer Leitung mit einer Spannung von 800 kV vier Kammern vorsehen.
• Es ist keine intelligente Vorrichtung zur Erfassung der verschiedenen Phasen des Fehlstroms notwendig, und die Trennkammern arbeiten normal in zwei Zyklen beim Öffnen.

Claims (7)

1. Hochspannungsunterbrecher, der in der Lage ist, Fehl- Wechselströme mit Pseudo-Periode T und verzögertem Nulldurchgang zu unterbrechen, die die nach einem maximalen Zeitabstand tzmax - t0 nach dem Zeitpunkt t0 des Auftretens eines Fehlstroms durch 0 gehen, wobei der Zeitabstand tzmax - t0 durch Simulationen oder Versuche bestimmt ist, umfassend eine Mehrzahl von Trennkammern (1) in Reihe, die versehen sind mit Mitteln zum sich Öffnen zu einem Zeitpunkt t1 nach dem Zeitpunkt des Fehlers t0 und mit Mitteln zum Ausblasen des Lichtbogens, die entworfen sind, um zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt tc vor dem Zeitpunkt tzmax - T zu arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zum Verringern des Blasdurchsatzes umfasst, die eingerichtet sind, damit das Blasen bis zu einem Zeitpunkt t2 zwischen tzmax - T und tzmax + T fortgesetzt wird.

2. Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt t2 im wesentlichen gleich tzmax ist.

3. Unterbrecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit t2 - t0 im wesentlichen gleich 7 Pseudo-Perioden ist.

4. Unterbrecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zum Ausblasen durch einen Kolben (11) gebildet sind, der durch Relativbewegung mit einer beweglichen Einrichtung zusammenwirkt, die einen beweglichen Bogenkontakt (8) trägt und einer normalen Öffnungsbewegung mit einer durch die normalen Funktionsbedingungen definierten normalen Öffnungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verringern des Blasdurchsatzes Mittel zum Verlangsamen der beweglichen Einrichtung ab einer Schwelle d ihrer normalen Bewegung sind.

5. Unterbrecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle d zwischen 2D/3 und D liegt, wobei D der gesamte normale Weg der beweglichen Einrichtung ist.

6. Unterbrecher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlangsamung bei konstanter Geschwindigkeit ausgeführt wird.

7. Unterbrecher nach Anspruch 6, mit einem Hydraulikzylinder, der die bewegliche Einrichtung antreibt und einen Kolben (20), verbunden mit einem Dämpfungskegel (27), umfasst, der mit einem Ring (28) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verlangsamen aus einem zwischen dem Kolben (20) und dem Kegel (27) angeordneten zylindrischen Bereich (28) bestehen, wobei der Ring (28) geregelt wird, um ein gewisses radiales Spiel zwischen ihm und dem zylindrischen Bereich (29) zu erzeugen.